Разделение смеси изотопов с примесью

Оптимизация каскада может проводиться в случае, когда в разделяемой смеси присутствует компонент с существенно отличающимся от изотопов молекулярным весом. Исследования, проведенные по данному вопросу, показали эффективность методики оптимизации при отличии компонентов на 100-300 единиц молекулярной массы [16]. Получаемые при оптимизации каскады, также как при изотопном разделении, эффективнее R-каскадов.

7. Прямоугольные каскады Особенности расчета и оптимизации

Разделение многокомпонентной смеси с заданными концентрациями целевого изотопа можно осуществить в прямоугольном каскаде газовых центрифуг с одинаковыми потоками питания ступеней. В этом случае, как и при разделении бинарной смеси, на отборе и отвале каскада открываются закрутки, а внешнее питание делится пополам и подается в две соседние ступени (см. п. 9.1).

Пусть характеристики внешнего питания, концентрации отвала и отбора целевого компонента заданы. Если известны коэффициенты разделения ступеней, то количество свободно выбираемых переменных каскада составляет 3 параметра. Это дискретные параметры n, p и величина потока питания ступеней G. Значения n, p и G могут быть найдены в результате решения задачи оптимизации исходя из принятого критерия эффективности, в качестве которого можно выбрать суммарный поток питания ступеней [13].

Если потребовать одинаковость коэффициентов деления потока по любым двум ступеням обеднительной или обогатительной части каскада, то задача оптимизации сводится к перебору дискретных параметров n и p. При этом для каждой фиксированной пары n и p величина потока G, подбирается из условия совпадения рассчитываемой концентрации целевого компонента с определяемой из балансовых уравнений.

Свойства прямоугольных каскадов

Cвойства прямоугольного каскада для разделения трехкомпонентной смеси аналогичны случаю бинарного разделения. Его эффективность, которую можно оценивать отношением суммарного потока оптимального каскада к суммарному потоку соответствующего прямоугольного каскада, зависит от заданных концентраций по целевому изотопу. При большой степени разделения в обогатительной части каскада и малых концентрациях питания эффективность падает. Наоборот, при увеличении степени разделения в обеднительной части, она возрастает.

Разделение трехкомпонентной смеси характеризуется по отношению к бинарному случаю большими суммарными потоками. При этом, чем выше требуемые концентрации отбора или ниже концентрации отвала целевого компонента, тем меньше отношение .

Н а рис. 10.3 в качестве примера показаны графики , построенные по данным оптимизации прямоугольных каскадов с одинаковыми исходными данными: T = 1 г/с, и . Концентрация питания промежуточного изотопа была принята 10%. Полные коэффициенты разделения в бинарном случае и для трехкомпонентного соответствующего каскада были одинаковыми и варьировались в диапазоне от 1,2 до 5. Коэффициент разделения рассчитывался по формуле .

Из приведенных графиков следует, что величина инвариантна по отношению к значению полного коэффициента разделения . Дополнительный анализ показал, что отношение меняется при изменении соотношения масс промежуточного и крайних изотопов. В рассмотренном примере коэффициент разделения вычислялся в соответствии с и величиной . Если его увеличить, то график зависимости от пройдет ниже. Это свидетельствует о том, что при приближении массы промежуточного изотопа к целевому на получение тех же концентраций целевого компонента затрачивается большая работа.